北理工团队在碳酸根自由基界面生成机制研究中取得重要进展

背景方面，碳酸根自由基是环境氧化循环的核心活性物种，其生成长期被认为遵循均相体相反应机制，但实际含气液界面的体系中，碳酸盐对氧化能力的调控与均相理论预期不符，界面反应机制未获系统阐明。研究目的上，北京理工大学张秀辉教授团队联合美国宾夕法尼亚大学与深圳理工大学学者，采用从头算分子动力学与机器学习分子动力学方法，从分子层面重新定义碳酸根自由基的生成化学，探究气液界面在其中的作用。结论显示，HCO3-与·OH显著富集于气液界面，反应通过质子耦合电子转移路径进行，类Zundel氢键构型触发快速反应；界面反应速率较体相提升近两个数量级，且碱性条件下CO32-与界面·OH反应可形成pH全覆盖，使界面成为碳酸根自由基生成枢纽。该研究突破了传统均相体相认知框架，从分子层面解释了“碳酸盐浓度升高增强氧化能力”的反直觉现象，为高级氧化工艺优化、水体修复及催化材料设计提供理论支撑。